一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷及其构筑方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷及其构筑方法，该稀土正铁氧体陶瓷的成分包括化学结构式为R1‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷及其构筑方法


[0001]本专利技术属于太赫兹波介质
，具体涉及一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷及其构筑方法。

技术介绍

[0002]铁氧体是由镍、锌等一种或几种金属氧化物与氧化铁烧结而成的金属氧化物，具有介电与铁磁性能。作为电子工业中用于制备基础元件的关键材料，铁氧体在微波波段广泛应用于制造隔离器、环行器、开关、相移器、调制器等元器件。传统的铁氧体陶瓷是铁磁性的，高频化发展主要依赖于提高磁各向异性的方法，其本征谐振频率最高仅能达到几十GHz的量级。
[0003]稀土正铁氧体陶瓷是一种稀土铁氧体陶瓷，具有钙钛矿结构，如YFeO3、 TmFeO3等。由于它们的离子和电子缺陷，能够表现出独特的物理和化学性能。在稀土正铁氧体中，1太赫兹的电磁波可产生约1毫电子伏特的能量，这个能量正好与太赫兹的能量相当。因此，稀土正铁氧体可由太赫兹波进行铁磁和反铁磁谐振的激发。
[0004]太赫兹波是介于微波和远红外之间的一个太赫兹波段，位于0.1THz和10 THz之间。太赫兹技术在国家安全、航天、生物和国防工业等多种行业都有重要的潜在应用价值。
[0005]目前，传统的铁氧体陶瓷是铁磁性的，高频化发展主要依赖于提高磁各向异性的方法，其本征谐振频率最高仅能达到几十GHz的量级，形成了铁氧体陶瓷的工作频率提高至太赫兹波段的难题。而对于大部分介质，太赫兹波穿过时能量损耗较大且没有本征电磁谐振，且当介质厚度超过0.1毫米时，太赫兹波便难以透过。由于合适介质的缺乏，严重制约了太赫兹波技术基于合适功能材料的发展。鉴于此，本申请提出一种集本征太赫兹谐振功能与损耗低于一体的太赫兹功能介质陶瓷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷及其构筑方法，通过该构筑方法得到的太赫兹波介质陶瓷损耗低，即使当介质厚度为 20mm时，太赫兹波仍然能透过，同时厚度还产生了增强效应，可以有效地解决现有铁氧体陶瓷的工作频率难以提高至太赫兹波段的问题，有利于稀土正铁氧体应用于6G通信技术中。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]第一方面，本申请提供一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，稀土正铁氧体陶瓷的成分包括化学结构式为R1‑
x
Fe
x
O
1.5
的铁氧体，其中， R为稀土元素、钇、钪和铋中的一种或两种元素，x为0～0.99；
[0009]构筑方法包括：
[0010]按照化学结构式R1‑
x
Fe
x
O
1.5
中元素组成的摩尔比，将氧化铁粉体与稀土氧化物粉体球磨混合，在20～150℃下干燥后于900～1050℃预烧6～48h，得到复合粉体；
[0011]将复合粉体与粘合剂混合，造粒后压片，将得到的片状体于1200～1600℃下进行
烧结6～48h，得到稀土正铁氧体陶瓷；
[0012]利用太赫兹时域光电系统对稀土正铁氧体陶瓷进行分析，激发出铁磁与反铁磁谐振响应，并调整稀土正铁氧体陶瓷的厚度和温度以实现对太赫兹响应的调控。
[0013]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述稀土正铁氧体陶瓷的厚度为 0.05～20mm。
[0014]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述稀土正铁氧体陶瓷的温度为 2～300K。
[0015]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述在利用太赫兹时域光电系统对稀土正铁氧体陶瓷进行分析，激发出铁磁与反铁磁谐振响应后，还包括：利用综合物理性能测试系统验证铁磁和反铁磁谐振响应的步骤；
[0016]其中，铁磁与反铁磁谐振响应介于0.01～3THz之间。
[0017]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述化学结构式为R1‑
x
Fe
x
O
1.5
的铁氧体中的R为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪和铋中的一种或两种元素。
[0018]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述铁氧体为掺杂铁氧体，化学结构式为R1‑
x
Fe
x
O
1.5
的R为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪和铋中的两种元素，且两种元素之间的摩尔比为0～0.99:1。
[0019]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述粘合剂为聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛。
[0020]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述粘合剂的加入量是复合粉体总质量的5～15％。
[0021]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述在将复合粉体与粘合剂混合、造粒后进行压片步骤中，所用的压片模具为直径为1～500mm的圆柱形模具，或长和宽介于1～100mm的矩形模具；
[0022]压片后得到的片状体的厚度为0.05～40mm。
[0023]第二方面，本申请提供一种根据上述构筑方法制备得到的太赫兹波介质陶瓷，该太赫兹波介质陶瓷的厚度为0.05～20mm、温度为9～300K、激发出的铁磁与反铁磁谐振响应介于0.01～3THz之间。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下技术效果：
[0025]本申请提供的这种太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，基于稀土正铁氧体陶瓷，该稀土正铁氧体陶瓷以结构式为R1‑
x
Fe
x
O
1.5
的铁氧体为主要成分，通过利用固相反应烧结方法对氧化铁粉体与稀土氧化物粉体的混合物进行稀土正铁氧体陶瓷的制备，再利用太赫兹时域光电系统对稀土正铁氧体陶瓷进行分析，激发出铁磁与反铁磁谐振响应，并改变样品的厚度、温度，以实现对太赫兹响应的调控，使谐振在透射率、谐振频率、半高宽的调控比值在1％～99％之间出现增强。
[0026]通过该方法制备的太赫兹介质陶瓷，具有优异的太赫兹谐振特性，损耗低，即使当介质厚度为20mm时，太赫兹波仍然能透过，同时厚度还产生了增强效应，具有非常重要的应用前景。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1提供的稀土正铁氧体陶瓷不同厚度下的测试图。
[0028]图2为本专利技术实施例1提供的稀土正铁氧体陶瓷不同温度下铁磁谐振的测试图。
[0029]图3为本专利技术实施例1提供的稀土正铁氧体陶瓷不同温度下反铁磁谐振的测试图。
具体实施方式
[0030]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0031]本专利技术的技术方案为：
[0032]本实施方式提供一种太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，该方法基于稀土正铁氧体陶瓷。该稀土正铁氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，其特征在于，稀土正铁氧体陶瓷的成分包括化学结构式为R1‑
x
Fe
x
O
1.5
的铁氧体，其中，R为稀土元素、钇、钪和铋中的一种或两种元素，x为0～0.99；所述构筑方法包括：按照所述化学结构式R1‑
x
Fe
x
O
1.5
中元素组成的摩尔比，将氧化铁粉体与稀土氧化物粉体球磨混合，在20～150℃下干燥后于900～1050℃下预烧6～48h，得到复合粉体；将所述复合粉体与粘合剂混合，造粒后压片，将得到的片状体于1200～1600℃下进行烧结6～48h，得到所述稀土正铁氧体陶瓷；利用太赫兹时域光电系统对所述稀土正铁氧体陶瓷进行分析，激发出铁磁与反铁磁谐振响应，并调整所述稀土正铁氧体陶瓷的厚度和温度以实现对太赫兹响应的调控。2.根据权利要求1所述的基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，其特征在于，所述稀土正铁氧体陶瓷的厚度为0.05～20mm。3.根据权利要求1所述的基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，其特征在于，所述稀土正铁氧体陶瓷的温度为2～300K。4.根据权利要求1所述的基于稀土正铁氧体的太赫兹波介质陶瓷的构筑方法，其特征在于，在利用所述太赫兹时域光电系统对所述稀土正铁氧体陶瓷进行分析，激发出铁磁与反铁磁谐振响应后，还包括：利用综合物理性能测试系统验证铁磁和反铁磁谐振响应的步骤；其中，所述铁磁与反铁磁谐振响应介于0.01～3THz之间。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾新喜，曹崇，郭云龙，张繁钊，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：